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超果 比特币 2023-03-01 172 0

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POA(Proof of Activity)区块链共识算法

POA(Proof of Activity)算法是一个区块链的共识算法,基本原理是结合POW(Proof of work)和POS(Proof of stake)算法的特点进行工作,POW算法和POS算法的具体内容可以参考:

POW算法 :

POS算法 :

POA算法相比于其他算法可以改进网络拓扑,维持在线节点比例,需求更少的交易费同时减少共识算法过程中的能量损耗。

POA算法需求的网络中同样包含两类节点,矿工和普通参与者,其中普通参与者不一定一直保持在线。POA算法首先由矿工构造区块头,由块头选出N个币,这N个币的所有者参与后续的校验和生成块的过程。

从这里可以看到POA算法不仅与算力有关,后续的N个参与者的选举则完全由参与者在网络中所拥有的币的总数量决定。拥有越多币的参与者越有机会被选为N个后续的参与者。而后续N个参与者参与的必要条件是这N个参与者必须在线,这也是POA命名的由来,POA算法的维护取决于网络中的活跃节点(Active)。

POA算法的一个理想的基本流程是,类似于POW协议,矿工构造出一个符合难度要求的块头,通过矿工得到的块头计算衍生出N个币的编号,从区块链中追溯可以得到这几个币目前所述的参与者。矿工将这个块头发送给这N个参与者,其中前N-1个参与者对这个块进行校验和签名,最后第N个参与者校验并将交易加入到该块中,将这个区块发布出去,即完成一个区块的出块。

一个理想过程如下图所示:

在实际运行中,无法保证网络上所有参与者都在线,而不在线的参与者则无法进行校验和签名,这个无法被校验和签名的块头则会被废弃。

即在实际运行中,应该是一个矿工构造出块头后广播给各个参与者签名,同时继续重新构造新的块头,以免上一个块头衍生的N个参与者存在有某一个没有在线,而导致块头被废弃。

因此,在这种情况下,一个块是否被确认不仅与矿工的计算能力有关同时也与网络上的在线比例有关。

与纯POW相比,在与比特币(POW)同样10分钟出一个块的情况下,POA由于会有参与者不在线而产生的损耗,因此,10分钟内矿工可以构造的块的数量会更多,即块头的难度限制会降低,那么矿工在挖矿过程中会造成的能量损耗也会降低。

与纯POS相比,可以看到POA的出块流程并不会将构造区块过程中的相关信息上链,可以明显减少区块链上用于维护协议产生的冗余信息的量。

本节对上诉协议中一些参数设置进行分析

在矿工构造出块头后对块头进行校验和区块构造的N个参与者的数量选定比较类似于比特币中每一个块的出块时间的选取。比特币中选择了10分钟作为每一个块的期望出块时间并通过动态调节难度来适应。

这里N的取值同样可以选择选定值或者动态调节。动态调节需要更加复杂的协议内容,同时可能会带来区块链的数据膨胀,而复杂的协议也增加了攻击者攻击的可能性。另外暂时没有办法证明动态调节可以带来什么好处。静态调节在后续的分析(4 安全分析)中可以得到N=3的取值是比较合适的。

从上面的描述可以看到,构造新的区块的除了矿工还有从块头中衍生出来的N个币所有者。在构造出一个新的区块后,这些参与者同样应该收到一定的激励,以维持参与者保持在线状态。

矿工与参与者之间的非配比例与参与者的在线状态相关。给予参与者的激励与参与者保持在线状态的热情密切相关,越多参与者保持在线状态,能更好地维持网络的稳定。因此,可以在网络上在线参与者不够多的时候,提高参与者得到的激励分成比例,从而激发更多的参与者上线。

如何确定当前参与者的在线情况呢?可以最后第N个参与者构造区块时,将构造出来但是被废弃的块头加入到区块中,如果被丢弃的块头数量过多,说明在线人数过低,应当调节分成比例。

同时最后第N个参与者与其他参与者的分成同样需要考虑,第N个参与者需要将交易加入区块中,即需要维护UTXO池,同时第N个参与者还需要将被丢弃的块头加入新构建的区块中。

为了激励其将废弃区块头加入新构建的区块中,可以按照加入的区块头,适当增加一点小的激励。虽然加入更多的区块头,可以在下一轮的时候增加分成的比例,应当足够激励参与者往区块中加入未使用的块头了(这里参与者不可能为了增加分成而更多地加入区块头,每一个区块头都意味着一位矿工的工作量)。

一个参与者如果没有维护UTXO池则无法构造区块,但是可以参与前N-1个的签名,因此为了激励参与者维护UTXO池,作为最后一个构造区块的参与者,必须给予更多的激励,比如是其他参与者的两倍。

从3.2的描述中可以知道一个用户必须在线且维护UTXO池才可能尽可能地获得利益。这种机制势必会导致一些用户将自己的账户托管给一个中心化的机构。这个机构一直保持在线,并为用户维护其账户,在被选为构造区块的参与者时参与区块的构建并获取利益。最后该机构将收益按照某种形式进行分成。

上面说到参与者必须用自己的密钥进行签名,而托管给某个机构后,这个机构在可以用这个密钥签名构造区块的同时,也有可能使用这个密钥消费用户的财产。这里可以采用一种有限花销的密钥,这个密钥有两个功能,一个是将账户中的部分财产消费出去,另一个是将所有财产转移到一个指定账户。在托管的时候可以使用这个密钥,在被通知部分财产被花费后可以立即将所有财产转移到自己的另一个账户下,以保证财产的安全。

从上面的分析可以看到,POA的安全性与攻击者所拥有的算力和攻击者所拥有的股权有关。假设攻击者拥有的在线股权占比为 ,则攻击者的算力需要达到其他所有算力的 倍才能达成分叉。假设攻击者股权总占比为 ,网络中诚实用户的在线比例为 ,则攻击者的算力需要达到其他所有算力的 倍才能达成攻击。

攻击的分析表格如下:

从上文的分析可以看到,POA算法相比于其他算法可以改进网络拓扑,维持在线节点比例,需求更少的交易费同时减少共识算法过程中的能量损耗。同时,PoA协议的攻击成本要高于比特币的纯PoW协议。

参考文献:Proof of Activity: Extending Bitcoin’s Proof of Work via Proof of Stake

区块链的书,都有哪些?能推荐一些吗?

随着比特币价格的猛涨,人们开始积极关注比特币背后的区块链技术。

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区块链技术是什么?

区块链(英语:blockchain 或 block chain)是用分布式数据库识别、传播和记载信息的智能化对等网络, 也称为价值互联网。

block chain,block是块,可以理解成把交易信息打包成的数据块,chain就是链条,可以理解为按照顺序把block连接起来,所有使用者都能查到按序列打包成的数据块,这其实就是个大账本,这个账本记录了所有的交易数据。

举例子:那么区块链是如何开始工作的呢?假设全世界就有一个大账本,这个账本管理着我们的钱,由很多人共同维护。我在此刻给你发送了十块钱,然后我把这个事情通过网络对所有维护账本的人喊了一声,你收到我发给你的十块钱后也通过网络对所有维护账本的人喊了一声。于是,第一个听到我们两个声音的维护者立刻把这笔账记好。然后维护者对其他维护者说,我已经完成记账了,大家根据我记得账把这个数据补全了。

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书名:区块链将如何重新定义世界

作者:唐文剑

豆瓣评分:5.7

出版社:机械工业出版社

出版年份:2016-6

页数:252

内容简介:

本书作为国内率先出版的原创性区块链启蒙读物,博采众长,汇集了众多专家学者对于区块链的权威观点,结合大量实例,由浅入深、通俗易懂的向读者介绍了区块链的由来与发展、区块链背后的经济思想、区块链的技术原理与特征、区块链的应用前景以及对区块链的展望与畅想,引领大家走近了解并读懂区块链的世界。

作者简介:

唐文剑 华中科技大学工学学士,中央财经大学金融学硕士。唐先生热衷于新技术经济的研究与探索,是中国区块链研究和应用实践的先行者之一,有着超过15年的金融科技专业咨询服务经验,长期为国内外大型金融机构提供服务。

吕雯 厦门大学经济学博士,美国密歇根大学访问学者,区块链领域资深研究者。现就职于南湖互联网金融学院。主要从事金融产品研发和设计、互联网金融研究和投资工作。

林松祥 中国人民大学硕士,安永高级经理。林先生长期为企业提供金融科技审计与咨询服务,并致力于云计算、移动互联、区块链等新技术的跟踪、推广和应用。

黄浩 北京工商大学硕士,先后就职于普华永道会计师事务所与安永会计师事务所,有着多年丰富的金融行业审计、内控与管理咨询经验,对传统金融机构的互联网化有着深入的研究。

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书名:深度探索区块链:Hyperledger技术与应用

作者:张增骏

豆瓣评分:6.0

出版社:机械工业出版社

出版年份:2018-2-1

页数:308

内容简介:

本书由超级账本执行董事Brian Behlendorf领衔推荐,区块链一线落地实践团队、Hyperleger会员智链骨干团对撰写。深入讲解Hyperledger Fabric 1.0的架构、执行逻辑、核心功能实现、从零部署,并以票据案例为例,讲解具体开发实践,穿插开发所需的*佳实践和遇到的问题解决。

本书分三篇,共12章内容。

准备篇(第1~2章),高度浓缩、信息量大的第1章,揭示区块链的价值、核心理念、演进、主流平台、商用场景。第2章进入实践环节,涵盖安装、部署与调试,让读者初步直观感受区块链,培养学习和实践的兴趣。

核心篇(第3~9章),先从Fabric1.0架构开始讲解,方便读者了解整体结构与运作逻辑,带着问题与轮廓去阅读,事半功倍。第4~9章讲解内部实现机制,该篇并不点到为止,而是深入到底层实现原理层面,让读者透彻了解Fabric的设计与实现细节,该篇是理解区块链设计与实现的关键所在,也是日后做好应用开发的基础,有了问题可以自己动手解决。

涵盖以下几个方面:

区块链架构、组件关系与运行机制总览;

Gossip协议与P2P数据分发机制;

分布式账本数据相关的存储技术;

共识机制及其可插拔的架构设计;

如何实现数据隔离的多链与多通道;

基于数字证书的成员管理服务实现与使用;

智能合约实现、交互,以及有限状态机。

应用篇(10~12章),从安装部署、开发模型和应用开发的角度,以一个票据背书的案例讲解如何基于Hyperledger Fabric 1.0开发区块链应用,以完整地掌握区块链应用开发,动手实践具体的项目。

作者简介:

张增骏 智链ChainNova技术总监和架构师。十余年软件开发和项目管理经验,设计并实现了多个区块链项目,带领团队获得“2017可信区块链峰会”唯*非金融类*佳案例奖。中国信通院可信区块链专家委员会成员,参与讨论并推动可信区块链测试标准的制定,多次受邀到高校与企业分享与推动区块链落地工作。曾任绿盟科技PDT经理,带领团队研发的远程安全评估系统(RSAS)连续多年国内排名*一,广泛应用于多个重点领域。目前关注区块链、网络安全、大数据、云计算和人工智能等领域。

董宁 智链 ChainNova科技公司CEO,北京大学(天津滨海)新一代信息技术研究院金融科技研究中心主任。曾任IBM大中华区IT经济学负责人,参与过数家商业银行和金融机构核心系统的设计建设,具有多年金融行业的商业洞察。毕业于北京大学信息科学技术学院智能科学系。

朱轩彤 清华大学硕士,中国社会科学院数量经济与技术经济研究所博士生,专注于技术经济研究。在政府及国际组织有丰富的工作经验。

陈剑雄 智链ChainNova首席科学家,原金山云技术VP,中科院计算与通信工程学院硕士。多年大规模集群系统研发经验,参与多个区块链核心系统设计和应用。

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